【正文】 面上局部電流密度過大、瞬間熔化，而產(chǎn)生早期飛濺，影響焊件表面質(zhì)量并使電極使用壽命下降，為此在焊前，必須進(jìn)行表而清理 (3)焊機(jī)機(jī)頭的隨動(dòng)性好：鋁合金的塑性區(qū)窄．高溫塑性差，而且熔核凝固時(shí)義伴隨著很大的收縮應(yīng)力，容易出現(xiàn)缺陷，因此要求電極壓力應(yīng)具有階形或馬鞍形的變化曲線，這對(duì)于防止飛濺、縮孔及裂紋等缺陷是至關(guān)重要的。 （4）氣孔：鋁熔池凝固速度快，熔池液體金屬比重低，熔池內(nèi)的夾雜物受到的浮力小，難于浮出而存在焊縫中，使氣孔和夾渣傾向加大。這也是鋁具有耐蝕性的重要原因。1）加大預(yù)壓力以消除厚工件的間隙，使之緊密貼合。（3）維持時(shí)間——焊接電流切斷后，電極壓力繼續(xù)保持的時(shí)間。 點(diǎn)焊的工藝參數(shù) 點(diǎn)焊的工藝參數(shù)通常是根據(jù)工件的材料和厚度，參考該種材料的焊接條件選取。如果有電極壓擠，產(chǎn)生的壓擠變形使熔核收縮自由并變得密實(shí)。在預(yù)加電極壓力下通電，則在兩電極解除表面之間的金屬圓柱體內(nèi)有最大的電流密度，靠焊件之間的接觸電阻和焊件自身的電阻，產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量，溫度也很高。我們先要了解電阻點(diǎn)焊的焊接特性及其原理，熟悉影響電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的焊接工藝因素；其次，借鑒國內(nèi)外的研究成果，對(duì)鋁合金的焊接性進(jìn)行評(píng)估；接下來研究電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)對(duì)鋁合金焊接質(zhì)量的影響；最后通過以上分析，完成鋁合金電阻點(diǎn)焊的工藝設(shè)計(jì)研究。(2)用數(shù)值模擬法模擬鋁合金點(diǎn)焊過程的熱—電—力學(xué)過程，分析電極頭與鋁板接觸上的瞬時(shí)溫度分布，得出熔核尺寸及接觸面積隨時(shí)間的變化規(guī)律、電極表面壓力及溫度的變化規(guī)律以及焊接區(qū)的等效塑性應(yīng)變及殘余應(yīng)力分布，并預(yù)測(cè)點(diǎn)焊熔核的生長、電極磨損和裂紋形成情況等。因此，鋁合金點(diǎn)焊所面臨的質(zhì)量問題遠(yuǎn)比低碳鋼復(fù)雜。合金化反應(yīng)的產(chǎn)生條件包括成分和溫度；而反應(yīng)時(shí)間對(duì)合金化反應(yīng)程度的影響非常大。雖然這些缺陷對(duì)接頭強(qiáng)度影響不大，但對(duì)接頭的疲勞性能卻有顯著影響—[10]。（3）熔核尺寸波動(dòng)大。噴濺和飛濺的產(chǎn)生會(huì)帶走部分熱量和熔化金屬，嚴(yán)重影響了熔核直徑的大小，對(duì)焊質(zhì)量極為不利。因此，電極磨損及壽命問題是鋁合金電阻點(diǎn)焊技術(shù)的關(guān)鍵問題。隨著科技的發(fā)展，鋁合金材料將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前國外推出的鋁合金汽車很少單獨(dú)采用電阻點(diǎn)焊工藝，而大多采用氣保焊，激光焊，膠焊等連接工藝。交通運(yùn)輸業(yè)是導(dǎo)致能源短缺和環(huán)境污染尤其是空氣污染的一個(gè)主要因素，在美國該行業(yè)的石油消耗占到了石油消耗的三分之二，其中汽車燃油的比例為75%。近年來，各國焊接工作者就此做了大量的理論及實(shí)際研究工作，并取得了一定的成績。在汽車制造業(yè)長期以來廣泛應(yīng)用的電阻點(diǎn)焊工藝方法，具有機(jī)械化、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量可靠的特點(diǎn)。因此，為了推廣鋁合金在汽車、家電等行業(yè)中的應(yīng)用，必須對(duì)鋁合金的點(diǎn)焊性能作進(jìn)一步深入細(xì)致的研究。目前經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家已開始進(jìn)行鋁合金汽車的研制，一些公司現(xiàn)已推出了鋁合金汽車，如美國通用公司推出的“Precept”，福特公司推出的“合成210”,德國寶馬公司推出的“528”，德國大眾推出的“奧迪A8”及推出的“奧迪A2”，現(xiàn)已都批量生產(chǎn)。與點(diǎn)焊相比，其具有剛性差，重量大等缺點(diǎn)。由于鋁合金在其物理性能上的特殊性，使它在電阻點(diǎn)焊可焊性方面與常用冷軋低碳鋼相比有其一定的特點(diǎn) 其中存在的最嚴(yán)重的問題是電極的燒損及壽命問題。鋁元素非?；顫姡阡X合金材料表面非常容易形成氧化膜，這層氧化膜組織致密，熔點(diǎn)極高，導(dǎo)電性能極差，這就使得接觸電阻比較大。電極與工件的粘連及飛濺嚴(yán)重破壞了電極表面的連續(xù)性。（4）熔核內(nèi)部易產(chǎn)生缺陷。在連續(xù)點(diǎn)焊過程中，電極表面不連續(xù)程度的增加也加劇了電極工件間局部熔化和飛濺的產(chǎn)生，同時(shí)也加劇了銅鋁合金化反應(yīng)的程度，如圖12所示。所以，鋁合金電阻點(diǎn)焊過程很難用焊接電參量的變化來描述。應(yīng)該說，在目前能量控制的理論依據(jù)及如何實(shí)現(xiàn)能量控制還沒得到很好的解決—[17]。該工藝與通常采用的雙脈沖點(diǎn)焊工藝相比，可顯著提高接頭強(qiáng)度和疲勞性能—[17]。若壓力不足，則接觸電阻過大，導(dǎo)致焊件燒穿或?qū)㈦姌O工作面燒損。（3）鍛壓階段 鍛壓是在切斷焊接電流后，電極繼續(xù)對(duì)焊點(diǎn)擠壓的過程，對(duì)焊點(diǎn)起著壓實(shí)作用。以上是焊點(diǎn)的形成的一般過程。這一時(shí)間是為了確保在通電之前電極壓緊工件，使焊接區(qū)各接觸面壓力達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)態(tài)值。電極提起必須在電流全部切斷之后，否則電極工件間將引起電弧，燒傷工件。 鋁合金電阻點(diǎn)焊的工藝特點(diǎn) 焊接性能分析 和低碳鋼相比，鋁的膨脹系數(shù)，熔化潛熱和熱容量都大 ，熔點(diǎn)為657℃，ρ=，純鋁無同素異構(gòu)變化，不能用熱處理來改變性能，但對(duì)雜志很敏感，有少量的鐵或硅就易在晶界上生成復(fù)雜化合物或共晶體，嚴(yán)重影響耐腐蝕性。防止熱裂紋產(chǎn)生應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式采用不同的焊接接頭形式和合理的焊接規(guī)范以及錘擊焊縫等措施，可防止熱裂紋的產(chǎn)生。減少焊接變形，焊接過程中應(yīng)選擇合理的焊接順序，并嚴(yán)格控制焊接規(guī)范以及焊縫區(qū)的溫度分布—[17]。鋁合金點(diǎn)焊的焊接性較差，尤其是熱處理強(qiáng)化的鋁合金。 基于上述原因，點(diǎn)焊鋁合金應(yīng)選用具有下列特性的焊機(jī)： 1）能在短時(shí)間內(nèi)提供大電流； 2）電流波形最好有緩升緩降的特點(diǎn)； 3）能精確控制工藝參數(shù)，且不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響； 4）能提供價(jià)形和馬鞍形電極壓力； 5）機(jī)頭的慣性和摩擦力小，電極隨動(dòng)性好—[11]。為了實(shí)現(xiàn)高的生產(chǎn)率和高的焊接質(zhì)量相容性的要求，提高鋁合金的焊接技術(shù)。因此，清理后的表面在焊前允許保持的時(shí)間是有嚴(yán)格限制的。如用0—00號(hào)砂布，或用電動(dòng)或風(fēng)動(dòng)的鋼絲刷等。點(diǎn)焊鋁合金時(shí)，采用大電流，短時(shí)間通電和施加高壓的焊接規(guī)范，但為了進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量，還可以采用附加調(diào)節(jié)波峰和波谷的電流波形。以下是點(diǎn)焊的主要的焊接工藝參數(shù)：（1）焊接電流焊接電流是重要的點(diǎn)焊參數(shù)，調(diào)節(jié)焊接電流對(duì)接頭性能有著顯著的影響，焊接電流過小，使熱源強(qiáng)度不足而不能形成熔核或熔核尺寸過小，焊點(diǎn)拉剪載荷較低且很不穩(wěn)定，焊接電流過大，使加熱過于強(qiáng)烈，引起金屬過熱、噴濺、焊點(diǎn)表面壓痕過深等缺陷，也使接頭性能下降。當(dāng)電極材料、端面形狀和尺寸選定后，焊接規(guī)范的選擇主要是考慮焊接電流（I）、電極壓力（P）、焊接時(shí)間（t）這三個(gè)參數(shù)，是形成點(diǎn)焊接頭質(zhì)量的三大要素。其所含的化學(xué)成分見下表31：表 31 6061鋁合金的化學(xué)成分SiFeCuMnMgZnTiAl余量6061鋁合金的主要合金元素是鎂與硅，并形成Mg2Si相。其優(yōu)點(diǎn)如下： a 三相輸入，功率因素高且節(jié)能b 焊接條件范圍大，焊接無飛濺延長電極使用壽命。 ．加壓方式 試驗(yàn)電極的加壓波形及其焊接波形如下圖32所示，由于是對(duì)薄板焊接，在進(jìn)行點(diǎn)焊焊接后，施加合適的后鍛壓力就可以減少氣孔，縮松和裂紋等焊接缺陷的產(chǎn)生，因而在焊接的電流波形中沒有同時(shí)采用后熱電流以減緩點(diǎn)焊熔池的冷卻，防止焊接缺陷。已研究表明點(diǎn)焊接頭的強(qiáng)度與焊核的尺寸有直接的關(guān)系?？梢钥闯龊负藦?qiáng)度和焊核尺寸并沒有隨著焊接時(shí)間的延長而又所提高，相反接頭的強(qiáng)度和尺寸都有一些下降，沒有（2）組參數(shù)得到的效果好，但是仍然要高于標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)比這幾組接頭的力學(xué)性能，如圖34a所示，可以看出增大電極壓力，點(diǎn)焊接頭的剪切和拉伸強(qiáng)度反而又都有了下降的趨勢(shì)，但又大于標(biāo)準(zhǔn)要求而略低于（2）組點(diǎn)焊接頭的剪切和拉伸強(qiáng)度。如圖38所示為（5）組參數(shù)點(diǎn)焊接頭有飛濺產(chǎn)生。另外可以看出鋁合金的點(diǎn)焊過程是不穩(wěn)定的，二者在一定范圍內(nèi)必須相互協(xié)調(diào)互為補(bǔ)充，才能獲得好的接頭質(zhì)量。當(dāng)熔核尺寸擴(kuò)大到一定值以后，由于接觸面積的增加，工件內(nèi)部電阻及電流密度降低，散熱增強(qiáng)，熔核擴(kuò)散速度減慢，最終達(dá)到熔核尺寸的飽和值。電極壓力過大時(shí)將使焊接區(qū)接觸面積增大，總電阻和電流密度均減小，焊接散熱增加，因此會(huì)造成熔核尺寸下降，所以在改變電極壓力時(shí)，必須相應(yīng)調(diào)節(jié)I,t使之搭配合適，以適應(yīng)不同加熱速度及滿足不同塑性變形能力的要求。 未熔合與未完全熔合未熔合與未完全熔合為點(diǎn)焊接頭貼合面未熔化、呈塑性連接，或貼合面處的熔核尺寸小于規(guī)定值或形成環(huán)狀熔核，使接頭結(jié)合強(qiáng)度不能達(dá)到應(yīng)有規(guī)定值的焊接區(qū)的總稱。（1）縮孔縮孔是在高溫合金、鋁合金或厚板點(diǎn)焊時(shí)常見的一種缺陷。且不準(zhǔn)存在于熔核邊緣，更不準(zhǔn)發(fā)展到焊點(diǎn)表面。對(duì)包鋁的、鋁合金焊件則表現(xiàn)為焊點(diǎn)表面發(fā)黑，破壞了包鋁層。 過燒和晶間腐蝕（1）過燒在不當(dāng)?shù)狞c(diǎn)焊熱量循環(huán)作用下，熔核附近的區(qū)域因加熱溫度過高、高溫停留時(shí)間過長，使該區(qū)域內(nèi)晶界上的低熔點(diǎn)相熔化，尤其晶界三角區(qū)熔化或表層晶界因氧的侵入而生成氧化物，在冷卻后形成晶角三角區(qū)的空間洞或出現(xiàn)網(wǎng)狀晶界氧化或出現(xiàn)龜裂。最后，分析了焊接過程中常見缺陷的表現(xiàn)及產(chǎn)生的原因。 點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化的理論基礎(chǔ) 正交實(shí)驗(yàn)法的基本思路 正交實(shí)驗(yàn)法師一種安排多因素試驗(yàn)的教學(xué)方法，他是從大量的生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出來的。見表1。如表1中的(1． 1)、 (1 2) (2 1)、 (2，2)，它們各出現(xiàn)一次。a．控制參數(shù)：可以控制的參數(shù) 即設(shè)計(jì)參數(shù)，可以確定它們的名義值。實(shí)踐和壓力的組合。見表53?？梢岳^續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。(2)對(duì)易發(fā)生焊接質(zhì)量工位的焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化可以減少焊接缺陷的發(fā)生。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。[9] H. Zhang and J. Senkara: ‘Resistance WeldingFundamentals and Applications’, 2006, Taylor and Francis, Florida, USA。[11]翼春濤，羅賢星 鋁合金電阻點(diǎn)焊電機(jī)壽命及其表面特征分析。[2]馬迎兵，羅震，羅寶發(fā)等 鋁合金電阻點(diǎn)焊中微量合金元素的作用 天津大學(xué)。 本章小結(jié)本章主要介紹了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，合理選取了焊接電流、電極壓力、焊接時(shí)間三因素，選用L9（34）正交表進(jìn)行了正交試驗(yàn)。綜上述數(shù)據(jù)分析可以看出，電流對(duì)焊接質(zhì)量的影響最大，其次是焊接時(shí)間，再次是壓力。極差越大，說明這個(gè)因素的水平改變時(shí)對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大)。選擇電流，時(shí)間，氣壓三個(gè)因素，這樣先處略取這三個(gè)因素的三個(gè)水平：如表43所示： 表43 焊接規(guī)范因素電流（I/A）時(shí)間（t/ms）壓力（P/MPa）一水平1200080二水平14000100三水平16000120正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。根將一些不可控或者不宜控制的噪聲參數(shù)去除，如預(yù)壓力、鍛壓力、預(yù)熱電流、熱處理電流等。對(duì)焊點(diǎn)的質(zhì)量要求首先體現(xiàn)在點(diǎn)焊接頭要具有一定的強(qiáng)度，而強(qiáng)度主要取決于熔核尺寸(熔核直徑和焊透率)，熔核質(zhì)量及其周圍熱影響區(qū)的金屬顯微組織及缺陷情況。若按L9(33)正交表安排試驗(yàn)．只需作9次；按L18(34)正交表則需作18次試驗(yàn)，顯然大大減少了工作量。無論在提高定型產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)量，研究新工藝，以及改進(jìn)技術(shù)性能和改進(jìn)技術(shù)管理等方面。第四章 鋁合金電阻焊的加工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 引言通過上幾章對(duì)鋁合金特性的分析，我們知道鋁合金的化學(xué)活性很強(qiáng)，表面極易形成氧化膜，且多具有難熔性質(zhì)，加之鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)容易造成不熔合現(xiàn)象。（2）晶間腐蝕焊點(diǎn)的晶間腐蝕是不銹鋼、耐熱鋼等材料在點(diǎn)焊時(shí)應(yīng)予注意的一種腐蝕現(xiàn)象。 （2）燒穿燒穿是一種嚴(yán)重的缺陷，它是由于焊件與焊件之間或焊件與電極之間存在絕緣物質(zhì)，而絕緣物不致密，導(dǎo)致局部導(dǎo)電，電流密度過大，造成焊件燒毀，形成穿透的空洞，或者由于噴濺或燒傷嚴(yán)重發(fā)展，也形成穿透性的空洞。結(jié)合線伸入多在鋁合金、鐵基或鎳基高溫合金等材料點(diǎn)焊時(shí)出現(xiàn)?？s孔產(chǎn)生原因有：1）焊件表面有銹蝕或涂層；2）焊接時(shí)間過長；3）電極壓力不足；4）未能及時(shí)施加鍛壓力。因此對(duì)該種缺陷應(yīng)有準(zhǔn)確而簡單的無損檢驗(yàn)方法，并從根本上消除未熔合現(xiàn)象。而由上述的焊核組織可以看出鋁合金點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能與焊核組織的缺陷密切相關(guān)，（7）組參數(shù)中采用較大的焊接壓力使熔核內(nèi)部組織變得細(xì)化致密，氣孔和縮松的尺寸減少，因而會(huì)使接頭的疲勞壽命明現(xiàn)年提高。熔核的生長是從溶合線處開始以柱狀晶方式向內(nèi)部推進(jìn)且面積比較大，而內(nèi)部則是由各向異性的等軸晶生長組成。因而其接頭的各方面性能比較好，尤其是疲勞性能遠(yuǎn)大于其它的四組。隨著焊接電流的增大，焊點(diǎn)的加熱強(qiáng)度增加